Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) zaprojektował system do tworzenia zdalnie sterowanych karaluchów cyborgów, wyposażony w maleńki bezprzewodowy moduł sterujący, który jest zasilany akumulatorem podłączonym do ogniwa słonecznego. Pomimo urządzeń mechanicznych ultracienka elektronika i elastyczne materiały pozwalają owadom na swobodne poruszanie się. Te osiągnięcia, ogłoszone 5 września w czasopiśmie naukowym npj Flexible Electronics, pomogą w praktycznym wykorzystaniu owadów cyborgów.
Naukowcy próbowali zaprojektować owady cyborgi – częściowo owady, częściowo maszyny – aby pomóc w inspekcji niebezpiecznych obszarów lub monitorowaniu środowiska. Jednak, aby wykorzystanie owadów cyborgów było praktyczne, opiekunowie muszą być w stanie kontrolować je zdalnie przez długi czas. Wymaga to bezprzewodowego sterowania segmentami nóg, zasilanego małym akumulatorem. Odpowiednie naładowanie baterii ma fundamentalne znaczenie — nikt nie chce, aby w pobliżu włóczył się nagle zespół karaluchów cyborgów, które nagle straciły kontrolę. Chociaż możliwe jest zbudowanie stacji dokujących do ładowania baterii, konieczność powrotu i naładowania może zakłócić czasowe misje. Dlatego najlepszym rozwiązaniem jest włączenie pokładowego ogniwa słonecznego, które może stale zapewniać ładowanie akumulatora.
Wszystko to łatwiej powiedzieć niż zrobić. Aby pomyślnie zintegrować te urządzenia z karaluchem o ograniczonej powierzchni, zespół badawczy musiał opracować specjalny plecak, ultracienkie moduły organicznych ogniw słonecznych oraz system adhezyjny, który utrzymuje maszynę w miejscu przez długi czas, jednocześnie umożliwiając naturalne ruchy.
Zespół kierowany przez Kenjiro Fukudę z RIKEN CPR eksperymentował z karaluchami z Madagaskaru, które mają około 6 cm długości. Za pomocą specjalnie zaprojektowanego plecaka, który wzorowano na ciele modelowego karalucha, przymocowali bezprzewodowy moduł kontroli nóg i baterię litowo-polimerową do górnej części owada na klatce piersiowej. Plecak został wydrukowany w 3D z elastycznego polimeru i idealnie dopasował się do zakrzywionej powierzchni karalucha, umożliwiając stabilne mocowanie sztywnego urządzenia elektronicznego na klatce piersiowej przez ponad miesiąc.
Ultracienki moduł organicznego ogniwa słonecznego o grubości 0,004 mm został zamontowany na grzbietowej stronie brzucha. „Montowany na ciele ultracienki moduł organicznego ogniwa słonecznego osiąga moc wyjściową 17,2 mW, czyli ponad 50 razy większą niż moc wyjściowa obecnych najnowocześniejszych urządzeń gromadzących energię na żywych owadach” – mówi Fukuda.
Ultracienkie i elastyczne organiczne ogniwo słoneczne oraz sposób, w jaki zostało przymocowane do owada, okazały się niezbędne do zapewnienia swobody ruchu. Po dokładnym zbadaniu naturalnych ruchów karaluchów naukowcy zdali sobie sprawę, że brzuch zmienia kształt, a części egzoszkieletu nakładają się na siebie. Aby to dostosować, przełożyli na folie sekcje samoprzylepne i nieprzylepne, co pozwoliło im się zgiąć, ale także pozostać przymocowane. Kiedy testowano grubsze folie ogniw słonecznych lub gdy folie były równomiernie przymocowane, karaluchy potrzebowały dwa razy więcej czasu na pokonanie tej samej odległości i miały trudności z ustawieniem się na plecach.
Po zintegrowaniu tych elementów z karaluchami wraz z przewodami stymulującymi segmenty nóg, przetestowano nowe cyborgi. Akumulator był ładowany pseudo-światłem słonecznym przez 30 minut, a zwierzęta skręcały w lewo i prawo za pomocą bezprzewodowego pilota.
„Biorąc pod uwagę deformację klatki piersiowej i brzucha podczas podstawowego poruszania się, hybrydowy system elektroniczny sztywnych i elastycznych elementów w klatce piersiowej i ultramiękkich urządzeń w brzuchu wydaje się być skutecznym projektem dla karaluchów-cyborgów” – mówi Fukuda. „Ponadto, ponieważ deformacja brzucha nie jest charakterystyczna dla karaluchów, nasza strategia może być dostosowana do innych owadów, takich jak chrząszcze, a może nawet owady latające, takie jak cykady w przyszłości”.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez KRÓLESTWO. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.